DE102004037954A1 - Device for surface blasting of components - Google Patents

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Thomas Peschke
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen, mit mindestens einem, eine schwingende Oberfläche aufweisenden Vibrator, insbesondere mit mindestens einer Ultraschall-Sonotrode, wobei sich an die oder jede schwingende Oberfläche des oder jedes Vibrators eine Bearbeitungskammer zur Aufnahme eines zu strahlenden Abschnitts des zu bearbeitenden Bauteils anschließt. Erfindungsgemäß ist die Bearbeitungskammer (15; 31) im Querschnitt von mindestens drei Schenkeln begrenzt, nämlich von mindestens zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln (17, 18; 32, 33) und von mindestens einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel der Bearbeitungskammer (15; 31) von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind.The The invention relates to a device for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, of components, in particular of gas turbine components, with at least one vibrating surface vibrator, in particular with at least one ultrasonic sonotrode, wherein to the or each vibrating surface of the or each vibrator a processing chamber for receiving a portion to be radiated connects the component to be machined. According to the invention Processing chamber (15; 31) in the cross section of at least three legs limited, namely at least two substantially vertically extending legs (17, 18, 32, 33) and at least one substantially horizontal extending legs of the processing chamber (15; 31) of oscillating surfaces each of a vibrator are formed.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen, insbesondere Gasturbinenbauteilen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a device for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, of components, in particular gas turbine components, according to the preamble of claim 1.

Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, verfügen insbesondere im Bereich eines Verdichters sowie einer Turbine über mindestens einen mit rotierenden Laufschaufeln bestückten Rotor, wobei die rotierenden Laufschaufeln der Gasturbine entweder über profilierte Schaufelfüße in Ausnehmungen des Gasturbinenrotors verankert oder integraler Bestandteil eines Gasturbinenrotors sind. Sind die Laufschaufeln über Schaufelfüße in entsprechenden Ausnehmungen des Rotors verankert, so sind die Schaufelfüße entweder nach dem sogenannten Tannenbaum-Design (fir tree design) oder nach dem sogenannten Schwalbenschwanz-Design (dove tail design) profiliert. Die vorzugsweise tannenbaumprofilierten oder schwalbenschwanzprofilierten Flächen eines Schaufelfußes einer Gasturbinenschaufel werden auch als Tragflanken oder Tragflächen bezeichnet. Während des Betriebs einer Gasturbine werden die Schaufelfüße an ihren profilierten Tragflächen insbesondere durch Reibverschleiß stark beansprucht. Die Verschleißrate im Bereich der Schaufelfüße kann dadurch herabgesetzt werden, dass die Schaufelfüße an ihren Tragflächen durch spezielle Oberflächenbearbeitungsverfahren verfestigt werden. Eine ähnliche Problematik stellt sich auch bei integral beschaufelten Gasturbinenrotoren, die im Bereich ihrer Rotorscheiben zur Minimierung der Verschleißrate verfestigt werden. Auch werden Schaufelblätter von Gasturbinenschaufeln an ihren Oberflächen zur Minimierung der Verschleißrate verfestigt.Gas turbines, In particular, aircraft engines, in particular, in the area a compressor and a turbine over at least one with rotating Blades filled Rotor, wherein the rotating blades of the gas turbine profiled either over Shovel feet in recesses anchored the gas turbine rotor or integral part of a Gas turbine rotor are. Are the blades over shovel feet in corresponding Recesses of the rotor anchored, so are the shovel feet either according to the so-called fir tree design or after profiled the so-called dovetail design (dove tail design). The preferably fir tree profiled or dovetail profiled Areas of a blade root a gas turbine blade are also referred to as support flanks or wings. While the operation of a gas turbine, the blade feet are at their profiled wings in particular strong due to fretting claimed. The wear rate in the area of the blade feet can be reduced by the fact that the blade feet on their wings through special surface treatment methods be solidified. A similar Problem arises also with integrally bladed gas turbine rotors, which solidifies in the area of its rotor disks to minimize the wear rate become. Also be shovels hardened by gas turbine blades on their surfaces to minimize wear rate.

Als Oberflächenbearbeitungsverfahren zum Verfestigen von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinebauteilen wie Gasturbinenschaufeln, kommt vorzugsweise das Kugelstrahlen zum Einsatz. Beim konventionellen Kugelstrahlen kann sich eine erhebliche Oberflächenaufrauung an den gestrahlten Flächen einstellen. Zur Verbesserung der sich beim Kugelstrahlen einstellenden Bearbeitungsqualität ist es aus dem Stand der Technik gemäß US 6,536,109 B2 bereits bekannt, zum Beispiel Schaufelfüße von Gasturbinenschaufeln im Bereich ihrer profilierten Tragflächen durch Ultraschall-Kugelstrahlen zu verfestigen.As a surface treatment method for solidifying components, in particular gas turbine components such as gas turbine blades, preferably shot peening is used. In conventional shot peening, a significant surface roughening at the blasted surfaces can occur. In order to improve the machining quality which occurs during shot peening, it is known from the prior art US 6,536,109 B2 already known, for example, to consolidate blade roots of gas turbine blades in the region of their profiled wings by ultrasonic shot peening.

So offenbart die US 6,536,109 B2 eine entsprechende Vorrichtung mit einer Ultraschall-Sonotrode, wobei die Ultraschall-Sonotrode eine horizontal bzw. waagrecht verlaufende, vibrierende bzw. schwingende Oberfläche aufweist, und wobei sich oberhalb dieser schwingenden Oberfläche eine Bearbeitungskammer erstreckt, in welcher Gasturbinenschaufeln mit ihren Schaufelfüßen zur Bearbeitung derselben im Bereich ihrer Tragflächen stehend angeordnet sind. Gemäß der US 6,526,109 B2 sind dabei die zu bearbeitenden Gasturbinenschaufeln derart stehend ausgerichtet, dass die zu bearbeitenden, profilierten Tragflächen der Schaufelfüße im wesentlichen senkrecht zu der schwingenden Oberfläche der Ultraschall-Sonotrode verlaufen. Hiermit kann nur eine ungenügende Qualität beim Kugelstrahlen der profilierten Tragflächen der Schaufelfüße erreicht werden. Weiterhin ist mit der in der US 6,526,109 B2 offenbarten Vorrichtung ein Strahlen dünnwandiger Bauteile nicht möglich, da solche dünnwandigen Bauteile bei einer Bearbeitung in dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung einer unzulässigen Verformung ausgesetzt wären.So revealed the US 6,536,109 B2 a corresponding device with an ultrasonic sonotrode, wherein the ultrasonic sonotrode has a horizontally or horizontally extending, vibrating or vibrating surface, and wherein above this vibrating surface extends a processing chamber in which gas turbine blades with their blade roots for processing the same in the area their wings are arranged standing. According to the US 6,526,109 B2 In this case, the gas turbine blades to be machined are aligned such that the profiled bearing surfaces of the blade roots to be machined run substantially perpendicular to the oscillating surface of the ultrasonic sonotrode. This only an insufficient quality can be achieved during shot peening of the profiled wings of the blade roots. Furthermore, with the in the US 6,526,109 B2 Blasting thin-walled components not possible, since such thin-walled components would be exposed to an undue deformation during processing in this known from the prior art device.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel device for surface blasting, in particular for Ultrasonic shot peening to create components.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung im Sinne von Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Bearbeitungskammer im Querschnitt von mindestens drei Schenkeln begrenzt, nämlich von mindestens zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln und von mindestens einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel, wobei zumindest die vertikal verlaufenden Schenkel der Bearbeitungskammer von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind. Die Bearbeitungskammer ist im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildet, wobei zumindest die vertikal verlaufenden Schenkel der im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind. Die horizontal verlaufenden Schenkel können als Oberflächen jeweils eines Vibrators oder als Injektoren ausgebildet sein, wobei die Injektoren die Kugeln zurück auf die vibrierenden, im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel bewegen.This Problem is solved by a device in the sense of claim 1 solved. According to the invention Processing chamber in cross section of at least three legs limited, namely at least two substantially vertically extending legs and at least one substantially horizontally extending Leg, wherein at least the vertical legs of the Processing chamber of vibrating surfaces of each one vibrator are formed. The processing chamber is W-shaped in cross-section or V-shaped formed, wherein at least the vertically extending legs the in cross-section W-shaped or V-shaped trained processing chamber of vibrating surfaces respectively a vibrator are formed. The horizontally extending legs can as surfaces each of a vibrator or be designed as injectors, wherein the injectors return the balls on the vibrating, substantially vertical legs move.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen von Bauteilen lässt sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen eine deutlich bessere Bearbeitungsqualität an den zu bearbeitenden Oberflächen eines Bauteils erzielen. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel eine Bearbeitung von Schaufelfüßen oder auch Schaufelblättern von Gasturbinenschaufeln derart, dass zu verfestigende Abschnitte gleichzeitig von zwei gegenüberliegenden Seiten gestrahlt werden. Hierdurch wird einerseits die Effektivität beim Oberflä chenstrahlen erhöht, andererseits werden insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen unzulässige Verformungen der zu strahlenden, dünnwandigen Bauteilabschnitte vermieden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können erstmals auch dünnwandige Scheiben mit sogenannten Wings an integral beschaufelten Gasturbinenrotoren beim Ultraschall-Kugelstrahlen mit einer hohen Intensität beschossen werden, ohne diese komplex geformten Bauteile beim Oberflächenstrahlen unzulässig zu verformen.With the device according to the invention for surface blasting of components, a significantly better quality of machining of the surfaces of a component to be machined can be achieved compared to the devices known from the prior art. Furthermore, the device according to the invention makes it possible, for example, to machine blade roots or blade leaves of gas turbine blades in such a way that sections to be consolidated are simultaneously blasted from two opposite sides. As a result, on the one hand, the effectiveness of surface spraying is increased On the other hand, inadmissible deformations of the thin-walled component sections, which are to be irradiated, are avoided, especially with thin-walled components. With the device according to the invention, even thin-walled disks with so-called wings on integrally bladed gas turbine rotors can be bombarded with high intensity during ultrasonic shot peening without unduly deforming these complex-shaped components during surface blasting.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer von zwei äußeren, im wesentlichen vertikal verlaufenden langen Schenkeln und mindestens einem inneren, im wesentlichen horizontal verlaufenden kurzen Schenkel begrenzt, wobei jeder der Schenkel von einer schwingenden Oberfläche jeweils eines Vibrators gebildet ist. Vorzugsweise ist in Übergangsbereichen zwischen äußeren, langen Schenkeln und inneren, kurzen Schenkeln bzw. in Tiefpunkten der im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer jeweils eine weitere schwingende Oberfläche eines Vibrators positioniert oder es ist ein Injektor für die Kugeln vorgesehen.To a preferred embodiment of the invention is in cross section W-shaped or V-shaped formed processing chamber of two outer, essentially vertical extending long thighs and at least one inner, essentially bounded horizontally extending short leg, each of the Legs of a vibrating surface each of a vibrator is formed. Preferably, in transition areas between outer, long Thighs and inner, short thighs or in low points of in cross-section W-shaped or V-shaped trained processing chamber each have a further oscillating surface of a Vibrators positioned or it is an injector for the balls intended.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention without being limited to this to be closer to the drawing explained. Showing:

1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, beim Strahlen einer Gasturbinenschaufel im Bereich eines Schaufelfußes; 1 a highly schematic representation of a device according to the invention for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, when blasting a gas turbine blade in the region of a blade root;

2 die erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, beim Strahlen einer Rotorscheibe eines integral beschaufelten Gasturbinerotors; 2 the device according to the invention for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, when blasting a rotor disk of an integrally bladed gas turbine engine;

3 die erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, beim Strahlen eines Schaufelblatts eines integral beschaufelten Gasturbinerotors; 3 the device according to the invention for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, when blasting an airfoil of an integrally bladed gas turbine engine;

4 die erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, beim Strahlen eines dünnwandigen Wings eines integral beschaufelten Gasturbinerotors; und 4 the device according to the invention for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, when blasting a thin-walled wing of an integrally bladed gas turbine engine; and

5 eine stark schematisierte Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, beim Strahlen einer Gasturbinenschaufel im Bereich eines Schaufelfußes. 5 a highly schematic representation of another device according to the invention for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, when blasting a gas turbine blade in the region of a blade root.

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 in größerem Detail beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG 1 to 5 described in more detail.

1 zeigt stark schematisiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Ultraschall-Kugelstrahlen in Verbindung mit einer Gasturbinenschaufel 11, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 an profilierten Tragflanken bzw. Tragflächen 12 bzw. 13 eines Schaufelfußes 14 zu strahlen ist. Wie 1 entnommen werden kann, ragt hierzu die Gasturbinenschaufel 11 mit dem Schaufelfuß 14 in eine von der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellte Bearbeitungskammer 15 hinein, wobei ein in 1 nicht zu bearbeitendes Schaufelblatt 16 der Gasturbinenschaufel 11 aus der Bearbeitungskammer 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 herausragt. 1 shows a highly schematic of a device according to the invention 10 for ultrasonic shot peening in conjunction with a gas turbine blade 11 used in the device according to the invention 10 on profiled support flanks or wings 12 respectively. 13 a blade foot 14 to radiate is. As 1 can be removed, this projecting the gas turbine blade 11 with the blade foot 14 in a processing chamber provided by the device according to the invention 15 into it, with an in 1 not to be processed airfoil 16 the gas turbine blade 11 from the processing chamber 15 the device according to the invention 10 protrudes.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Bearbeitungskammer 15 im Querschnitt W-förmig ausgebildet bzw. durch ein W-Profil gekennzeichnet. So ist die im Querschnitt W-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer 15 von zwei äußeren, im wesentlichen vertikal verlaufenden langen Schenkeln 17 und 18 sowie von zwei inneren, im wesentlichen horizontal verlaufenden kurzen Schenkeln 19 und 20 begrenzt. Erfindungsgemäß wird jeder dieser Schenkel 17, 18, 19 und 20 von einer vibrierenden bzw. schwingenden Oberfläche eines Vibrators, nämlich einer Ultraschall-Sonotrode, gebildet. Bei den Schenkel 17, 18, 19 und 20 der W-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer 15 handelt es sich demnach um die schwingenden Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden, wobei der schwingende Abschnitt der Oberflächen durch Doppelpfeile visualisiert ist.In the embodiment of 1 is the processing chamber 15 in cross-section W-shaped or marked by a W-profile. So is the cross-sectionally W-shaped processing chamber 15 of two outer, substantially vertical long legs 17 and 18 as well as two inner, substantially horizontally extending short legs 19 and 20 limited. According to the invention, each of these legs 17 . 18 . 19 and 20 from a vibrating surface of a vibrator, namely an ultrasonic sonotrode. At the thighs 17 . 18 . 19 and 20 the W-shaped processing chamber 15 These are therefore the vibrating surfaces of ultrasonic sonotrodes, with the oscillating section of the surfaces being visualized by double arrows.

Mithilfe der als schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden ausgebildeten Schenkeln 17, 18, 19 und 20 werden in der Bearbeitungskammer 15 positionierte, nicht-dargestellte Kugeln beschleunigt und in Richtung auf die zu bearbeitenden Tragflanken bzw. Tragflächen 12, 13 des Schaufelfußes 14 geschleudert. Oben ist die Bearbeitungskammer 15 von einer nicht-schwingenden Abdeckung 21 begrenzt, an der die mithilfe der Ultraschall-Sonotroden beschleunigten Kugeln reflektiert werden. Aus der Anordnung der 1 folgt unmittelbar, dass sich für die Kugeln innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bzw. innerhalb der Bearbeitungskammer 15 keine Vorzugsrichtung einstellt. Die Kugeln werden demnach aus allen Richtungen gleich verteilt auf die zu bearbeitenden Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13 des Schaufelfußes geschleudert. Hierdurch ergibt sich eine besonders gleichmäßige Verfestigung des zu bearbeitenden Schaufelfußes 14 an den Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13.Using the trained as vibrating surfaces of ultrasonic sonotrodes thighs 17 . 18 . 19 and 20 be in the processing chamber 15 positioned, not shown balls accelerated and in the direction of the machined supporting flanks or wings 12 . 13 of the blade foot 14 spun. Above is the processing chamber 15 from a non-swinging cover 21 limited, at which the ultrasound sonotrodes accelerated spheres are reflected. From the arrangement of 1 Immediately follows that for the balls within the device according to the invention 10 or within the processing chamber 15 does not set a preferred direction. The balls are therefore distributed equally from all directions on the supporting flanks or wings to be machined 12 and 13 of the blade foot flung. This results in a particularly uniform solidification of the processed blade root 14 on the supporting flanks or wings 12 and 13 ,

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, die als vibrierende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden ausgebildeten Schenkel 17 und 18 der im Querschnitt W-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer 15 so auszurichten, dass die Schenkel 17 und 18 im Wesentlichen parallel zu der zu strahlenden Oberflächenkontur verlaufen. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13 des zu strahlenden Schaufelfußes 14 tannenbaumprofiliert, und die Schenkel 17 und 18 verlaufen im Wesentlichen parallel zu einer Einhüllenden 22 der tannenbauprofilierten Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13. Hierdurch ist einerseits eine gute Bearbeitungsqualität an den zu strahlenden Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13 des Schaufelfußes 14 realisierbar, andererseits können die beiden Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13 gleichzeitig gestrahlt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ermöglicht demnach, den Schaufelfuß 14 gleichzeitig von beiden Seiten, also im Bereich beider Tragflächen, zu strahlen.For the purposes of the present invention, it is further proposed that the legs designed as vibrating surfaces of ultrasonic sonotrodes 17 and 18 the cross-sectionally W-shaped processing chamber 15 align so that the thighs 17 and 18 run substantially parallel to the radiating surface contour. In the embodiment of 1 are the supporting flanks or wings 12 and 13 of the radiant blade root 14 fir-tree profiled, and the thighs 17 and 18 are substantially parallel to an envelope 22 the fir-tree profiled support flanks or wings 12 and 13 , On the one hand, this results in good machining quality on the radiating flanks or wings 12 and 13 of the blade foot 14 feasible, on the other hand, the two supporting flanks or wings 12 and 13 be blasted simultaneously. The device according to the invention 10 thus allows the blade foot 14 at the same time from both sides, ie in the area of both wings to radiate.

Wie 1 entnommen werden kann, sind nicht nur im Bereich der Schenkel 17, 18, 19 und 20 der im Querschnitt W-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer 15 schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden positioniert, sondern vielmehr auch in Übergangsbereichen 23 und 24 zwischen den äußeren, langen Schenkeln 17 und 18 und den inneren, kurzen Schenkeln 19 und 20. Die Übergangsbereiche 23 und 24 stellen sozusagen die am tiefsten gelegenen Punkte bzw. die Tiefpunkte des W-Profils der Bearbeitungskammer 15 dar, wobei die mithilfe der Ultraschall-Sonotroden beschleunigten Kugeln unter dem Einfluss der Schwerkraft sich im Bereich dieser Tiefpunkte sammeln und von den dort positionierten Ultraschall-Sonotroden bzw. den schwingenden Oberflächen derselben wieder zurück in den Bearbeitungsraum 15 geschleudert werden. Anstelle der Ultraschall-Sonotroden können in den Übergangsbereiche 23 und 24 auch Injektoren für die Kugeln angeordnet sein, welche die Kugeln zurück auf die vibrierenden Schenkel bewegen. Die schwingenden Abschnitte der in den Übergangsbereichen 23 und 24 positionierten Ultraschall-Sonotroden oder Injektoren sind wiederum durch Doppelpfeile visualisiert.As 1 can be taken not only in the area of the thighs 17 . 18 . 19 and 20 the cross-sectionally W-shaped processing chamber 15 vibrating surfaces of ultrasonic sonotrodes positioned, but also in transition areas 23 and 24 between the outer, long thighs 17 and 18 and the inner, short thighs 19 and 20 , The transition areas 23 and 24 put, so to speak, the lowest points or the low points of the W-profile of the processing chamber 15 under the influence of gravity, the balls accelerated by means of the ultrasonic sonotrodes collect in the region of these low points and are returned from the ultrasonic sonotrodes or the oscillating surfaces of the same positioned there back into the processing space 15 be hurled. Instead of ultrasonic sonotrodes may be in the transition areas 23 and 24 There may also be injectors for the balls, which move the balls back onto the vibrating legs. The vibrating sections of the transitional areas 23 and 24 positioned ultrasonic sonotrodes or injectors are in turn visualized by double arrows.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der 1 ist demnach die im Querschnitt W-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer 15 von insgesamt sechs schwingenden Oberflächen entsprechender Ultraschall-Sonotroden oder von vier schwingenden Oberflächen und zwei Injektoren begrenzt. Im Bereich der äußeren, langen Schenkel 17 und 18 und der inneren, kurzen Schenkel 19 sowie 20 ist jeweils eine Ultraschall-Sonotrode positioniert. Auf der Oberseite ist die Bearbeitungskammer 15 von einer Abdeckung 21 verschlossen. Der in die Bearbeitungskammer 15 hineinragende Schaufelfuß 14 kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf besonders effektive und schonende Art und Weise an den Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13 verfestigt werden. Da sich keine Vorzugsrichtung für die mithilfe der Ultraschall-Sonotroden beschleunigten Kugeln ergibt, werden unerwünschte Materialverformungen sowie Beschädigungen im Bereich der zu strahlenden Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13 vermieden. Weiterhin kann der Schaufelfuß 14 von beiden Seiten gleichzeitig, also gleichzeitig im Bereich beider Tragflanken bzw. Tragflächen 12 und 13, gestrahlt werden.In the preferred embodiment of 1 is accordingly the cross-sectionally W-shaped processing chamber 15 limited by a total of six vibrating surfaces of corresponding ultrasonic sonotrodes or by four vibrating surfaces and two injectors. In the area of the outer, long thighs 17 and 18 and the inner, short leg 19 such as 20 In each case an ultrasonic sonotrode is positioned. On the top is the processing chamber 15 from a cover 21 locked. The in the processing chamber 15 protruding blade foot 14 can in the inventive device in a particularly effective and gentle manner on the support flanks or wings 12 and 13 be solidified. Since there is no preferred direction for the accelerated using the ultrasonic sonotrodes balls, unwanted material deformations and damage in the radiating flanks or wings 12 and 13 avoided. Furthermore, the blade root 14 from both sides at the same time, ie simultaneously in the area of both supporting flanks or wings 12 and 13 to be blasted.

2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 beim Strahlen eines integral beschaufelten Gasturbinenrotors 25 im Bereich einer Rotorscheibe 26. Im Beispiel der 2 erstrecken sich Vorsprünge 27 – auch Wings genannt – nahezu vollständig über das oben offene W-Profil der Bearbeitungskammer 15, sodass auf eine Abdeckung an der Oberseite der Bearbeitungskammer 15 verzichtet werden kann. Im Ausführungsbeispiel der 2 wird die Rotorscheibe 26 beidseitig gestrahlt. Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, ergibt sich für die mithilfe der im Bereich der Schenkel 17, 18, 19 und 20 angeordneten Sonotroden beschleunigten Kugeln keine Vorzugsrichtung, sodass die beschleunigten Kugeln aus allen Richtungen auf die zu verfestigende Oberflächen der Rotorscheibe 26 treffen. Dies ist in 2 durch die Linien 28 schematisiert dargestellt. Bedingt dadurch, dass sich für die Mithilfe der Sonotroden beschleunigten Kugeln keine Vorzugsrichtung einstellt und dass des weiteren gleichzeitig ein beidseitiges Bestrahlen der Rotorscheibe 26 möglich ist, ergibt sich auch dann eine gute Qualität beim Oberflächenstrahlen, wenn die Rotorscheibe 26 dünnwandig ausgebildet ist. 2 shows the device according to the invention 10 when blasting an integrally bladed gas turbine rotor 25 in the area of a rotor disk 26 , In the example of 2 Protrusions extend 27 - Also called Wings - almost completely on the above open W-profile of the processing chamber 15 , leaving a cover at the top of the processing chamber 15 can be waived. In the embodiment of 2 becomes the rotor disk 26 blasted on both sides. In particular 2 can be taken for the results of using the in the leg 17 . 18 . 19 and 20 arranged sonotrodes accelerated balls no preferred direction, so that the accelerated balls from all directions on the surfaces to be solidified rotor disk 26 to meet. This is in 2 through the lines 28 shown schematically. Due to the fact that no preferred direction is set for the assistance of the sonotrodes accelerated balls and that, at the same time, a double-sided irradiation of the rotor disc 26 is possible, then gives a good quality in surface blasting, even if the rotor disk 26 is formed thin-walled.

3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 beim Strahlen eines Schaufelblatts 29 eines integral beschaufelten Gasturbinenrotors 25. Auch Schaufelblätter 29 lassen sich demnach mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 effektiv und gleichzeitig schonend strahlen. 3 shows the device according to the invention 10 when blasting an airfoil 29 an integrally bladed gas turbine rotor 25 , Also shovels 29 can therefore be with the help of the device according to the invention 10 to radiate effectively and gently at the same time.

4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 beim Strahlen des integral beschaufelten Gasturbinenrotors 25 im Bereich eines dünnwandigen Wings 27 und eines Dichtfinträgers 29. Die Vorrichtung 10 der 4 unterscheidet sich von den Vorrichtungen 10 der 1 bis 3 lediglich dadurch, dass im Ausführungsbeispiel der 4 die beiden äußeren, langen Schenkel 17 und 18 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dieses W-förmige Profil ist insbesondere beim Strahlen von dünnwandigen Wings vorteilhaft. 4 shows the device according to the invention 10 when blasting the integrally bladed gas turbine rotor 25 in the range of a thin-walled wing 27 and a seal finisher 29 , The device 10 of the 4 is different from the devices 10 of the 1 to 3 only in that in the embodiment of the 4 the two outer long thighs 17 and 18 essentially parallel to each other. This W-shaped profile is particularly advantageous when blasting thin-walled wings.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt 5. So zeigt 5 wiederum stark schematisiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung 30 zum Ultraschall-Kugelstrahlen in Verbindung mit einer Gasturbinenschaufel 11, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 an profilierten Tragflanken bzw. Tragflächen 12 bzw. 13 eines Schaufelfußes 14 zu strahlen ist. Wie 1 entnommen werden kann, ragt hierzu die Gasturbinenschaufel 11 mit dem Schaufelfuß 14 in eine von der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellte Bearbeitungskammer 15 hinein, wobei ein in 1 nicht zu bearbeitendes Schaufelblatt 16 der Gasturbinenschaufel 11 aus der Bearbeitungskammer 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 herausragt. Im Ausführungsbeispiel der 5 ist die Bearbeitungskammer 31 der Vorrichtung 30 im Querschnitt V-förmig ausgebildet bzw. durch ein V-Profil gekennzeichnet. So ist die im Querschnitt V-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer 31 von zwei äußeren, im wesentlichen vertikal verlaufenden langen Schenkeln 32 und 33 sowie einem inneren, im wesentlichen horizontal verlaufenden kurzen Schenkel 34 begrenzt. Jeder dieser Schenkel 32, 33 und 34 ist von einer vibrierenden bzw. schwingenden Oberfläche eines Vibrators, nämlich einer Ultraschall-Sonotrode, gebildet. Im Bereich des im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkels 34 kann auch ein Injektor positioniert sein. Es sind nicht nur im Bereich der Schenkel 32, 33 und 34 der im Querschnitt V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer 31 schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden positioniert, sondern vielmehr auch in Übergangsbereichen 35 und 36 zwischen den äußeren, langen Schenkeln 32 und 33 und dem inneren, kurzen Schenkel 34.Another preferred embodiment of the invention shows 5 , So shows 5 again very schematically a device according to the invention 30 for ultrasonic shot peening in conjunction with a gas turbine blade 11 used in the device according to the invention 10 on profiled support flanks or wings 12 respectively. 13 a blade foot 14 to radiate is. As 1 can be removed, this projecting the gas turbine blade 11 with the blade foot 14 in a processing chamber provided by the device according to the invention 15 into it, with an in 1 not to be processed airfoil 16 the gas turbine blade 11 from the processing chamber 15 the device according to the invention 10 protrudes. In the embodiment of 5 is the processing chamber 31 the device 30 formed in cross-section V-shaped or marked by a V-profile. Thus, the processing chamber is V-shaped in cross-section 31 of two outer, substantially vertical long legs 32 and 33 and an inner, substantially horizontally extending short leg 34 limited. Each of these thighs 32 . 33 and 34 is formed by a vibrating surface of a vibrator, namely an ultrasonic sonotrode. In the region of the substantially horizontally extending leg 34 An injector can also be positioned. It's not just in the area of the thighs 32 . 33 and 34 the cross-sectionally V-shaped processing chamber 31 vibrating surfaces of ultrasonic sonotrodes positioned, but also in transition areas 35 and 36 between the outer, long thighs 32 and 33 and the inner short leg 34 ,

Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen von Bauteilen vorzuschlagen, wobei eine Bearbeitungskammer der Vorrichtung über ein W-Profil oder V-Profil verfügt bzw. im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildet ist, und wobei zumindest im Bereich der im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel des Profils schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden positioniert sind. Vorzugsweise sind auch im Übergangsbereich zwischen den äußeren und den inneren Schenkeln, also im Tiefpunkt der Profile schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden oder auch Injektoren positioniert. Mithilfe einer solchen Vorrichtung ist ein gleichzeitiges, beidseitiges Ultraschallstrahlen von dünnwandigen Bauteilen besonderes effektiv und schonend möglich.It is therefore within the meaning of the present invention, a device for surface blasting to propose of components, wherein a processing chamber of the device via a W-profile or V-profile features or in cross-section W-shaped or V-shaped is formed, and wherein at least in the area of substantially vertically extending legs of the profile vibrating surfaces of Ultrasonic sonotrodes are positioned. Preferably, too in the transition area between the outer and the inner thighs, so swinging in the low point of the profiles surfaces positioned by ultrasonic sonotrodes or injectors. aid such a device is a simultaneous, double-sided ultrasonic beams of thin Components are particularly effective and gentle possible.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt Verwendung beim Strahlen von dünnwandigen Gasturbinenbauteilen, insbesondere beim Strahlen von Gasturbinenschaufeln im Bereich ihrer Schaufelfüße bzw. Schaufelblätter sowie beim Strahlen von integral beschaufelten Gasturbinenrotoren im Bereich der Rotorscheiben sowie Schaufelblätter derselben.The inventive device is preferably used for blasting thin-walled gas turbine components, especially when blasting gas turbine blades in the area of their blade feet or airfoils and blasting integrally bladed gas turbine rotors in the area of the rotor disks and blades of the same.

1010
Vorrichtungcontraption
1111
GasturbinenschaufelGas turbine blade
1212
Tragflächewing
1313
Tragflächewing
1414
Schaufelfußblade
1515
Bearbeitungskammerprocessing chamber
1616
Schaufelblattairfoil
1717
Schenkelleg
1818
Schenkelleg
1919
Schenkelleg
2020
Schenkelleg
2121
Abdeckungcover
2222
Einhüllendeenvelope
2323
ÜbergangsbereichTransition area
2424
ÜbergangsbereichTransition area
2525
GasturbinenrotorGas turbine rotor
2626
Rotorscheiberotor disc
2727
Vorsprung/WingTab / Wing
2828
Linieline
2929
DichtfinträgerDichtfinträger
3030
Vorrichtungcontraption
3131
Bearbeitungskammerprocessing chamber
3232
Schenkelleg
3333
Schenkelleg
3434
Schenkelleg
3535
ÜbergangsbereichTransition area
3636
ÜbergangsbereichTransition area

Claims (15)

Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen, mit mindestens einem, eine schwingende Oberfläche aufweisenden Vibrator, insbesondere mit mindestens einer Ultraschall-Sonotrode, wobei sich an die oder jede schwingende Oberfläche des oder jedes Vibrators eine Bearbeitungskammer zur Aufnahme eines zu strahlenden Abschnitts des zu bearbeitenden Bauteils anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer (15; 31) im Querschnitt von mindestens drei Schenkeln begrenzt ist, nämlich von mindestens zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln (17, 18; 32, 33) und von mindestens einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel (19, 20; 34), wobei zumindest die im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel der Bearbeitungskammer (15; 31) von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind.Apparatus for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, of components, in particular of gas turbine components, having at least one vibrating surface vibrator, in particular having at least one ultrasonic sonotrode, wherein the or each oscillating surface of the or each vibrator is a processing chamber for Receiving a radiating portion of the component to be machined followed, characterized in that the processing chamber ( 15 ; 31 ) is limited in cross-section of at least three legs, namely at least two substantially vertically extending legs ( 17 . 18 ; 32 . 33 ) and at least one substantially horizontally extending leg ( 19 . 20 ; 34 ), wherein at least the substantially vertical legs of the processing chamber ( 15 ; 31 ) are formed by vibrating surfaces each of a vibrator. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer (15; 31) im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildet istApparatus according to claim 1, characterized in that the processing chamber ( 15 ; 31 ) is formed in cross-section W-shaped or V-shaped Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer (15) im Querschnitt W-förmig ausgebildet ist, mit zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln (17, 18) und zwei im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel (19, 20), wobei zumindest die im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel (17, 18) der im Querschnitt W-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer (15) von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the processing chamber ( 15 ) in cross-section W-shaped, with two substantially vertically extending legs ( 17 . 18 ) and two substantially horizontally extending legs ( 19 . 20 ), wherein at least the substantially vertically extending legs ( 17 . 18 ) of the cross-sectionally W-shaped processing chamber ( 15 ) are formed by vibrating surfaces each of a vibrator. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt W-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer (15) von zwei äußeren, im wesentlichen vertikal verlaufenden langen Schenkeln (17, 18) und zwei inneren, im wesentlichen horizontal verlaufenden kurzen Schenkeln (19, 20) begrenzt ist, wobei jeder der Schenkel (17, 18, 19, 20) von einer schwingenden Oberfläche jeweils eines Vibrators gebildet ist.Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the cross-sectionally W-shaped processing chamber ( 15 ) of two outer, substantially vertically extending long legs ( 17 . 18 ) and two inner, substantially horizontally extending short legs ( 19 . 20 ), each of the legs ( 17 . 18 . 19 . 20 ) is formed by a vibrating surface of a respective vibrator. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Übergangsbereichen (23, 24) zwischen äußeren, langen Schenkeln (17, 18) und inneren, kurzen Schenkeln (19, 20) der im Querschnitt W-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer (15) jeweils eine weitere schwingende Oberfläche eines Vibrators oder ein Injektor positioniert ist.Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that in transition areas ( 23 . 24 ) between outer, long thighs ( 17 . 18 ) and inner, short thighs ( 19 . 20 ) of the cross-sectionally W-shaped processing chamber ( 15 ) in each case a further vibrating surface of a vibrator or an injector is positioned. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Übergangsbereichen (23, 24) positionierten, schwingenden Oberflächen oder die Injektoren in Tiefpunkten des W-Profils der Bearbeitungskammer (15) angeordnet sind.Apparatus according to claim 5, characterized in that in the transition areas ( 23 . 24 ) positioned, vibrating surfaces or the injectors in low points of the W-profile of the processing chamber ( 15 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt W-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer (15) von sechs schwingenden Oberflächen oder von vier schwingenden Oberflächen und zwei Injektoren begrenzt wird.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the cross-sectionally W-shaped processing chamber ( 15 ) is bounded by six vibrating surfaces or by four vibrating surfaces and two injectors. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungskammer (31) im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist mit zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln (32, 33) und einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel (34), wobei zumindest die im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel der im Querschnitt V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer (31) von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the processing chamber ( 31 ) is formed in cross-section V-shaped with two substantially vertically extending legs ( 32 . 33 ) and a substantially horizontally extending leg ( 34 ), wherein at least the substantially vertically extending legs of the cross-sectionally V-shaped processing chamber ( 31 ) are formed by vibrating surfaces each of a vibrator. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen horizontal verlaufende Schenkel (34) als schwingende Oberfläche eines Vibrators ausgebildet ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the substantially horizontally extending leg ( 34 ) is designed as a vibrating surface of a vibrator. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen horizontal verlaufende Schenkel (34) als Injektor ausgebildet ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the substantially horizontally extending leg ( 34 ) is designed as an injector. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Übergangsbereichen (35, 36) zwischen den im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln (32, 33) und dem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel (34) der im Querschnitt V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer (31) jeweils eine weitere schwingende Oberfläche eines Vibrators oder ein Injektor positioniert ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that in transition areas ( 35 . 36 ) between the substantially vertically extending legs ( 32 . 33 ) and the substantially horizontally extending leg ( 34 ) of the cross-sectionally V-shaped processing chamber ( 31 ) in each case a further vibrating surface of a vibrator or an injector is positioned. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren, langen Schenkel (17, 18; 32, 33) der im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer (15; 31) in etwa parallel zu der zu strahlenden Oberflächenkontur bzw. einer Einhüllenden der zu strahlenden Oberflächenkontur des in die Bearbeitungskammer (15; 31) hineinragenden Abschnitts des zu bearbeitenden Bauteils ausgerichtet sind.Device according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the outer, long limbs ( 17 . 18 ; 32 . 33 ) of the cross-sectionally W-shaped or V-shaped processing chamber ( 15 ; 31 ) approximately parallel to the surface contour to be radiated or an envelope of the surface contour of the surface to be radiated into the processing chamber ( 15 ; 31 ) projecting portion of the component to be machined are aligned. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer (15; 31) nach oben hin von einer Abdeckung (21) begrenzt ist, wobei das Bauteil mit dem zu strahlenden Abschnitt die Abdeckung (21) durchdringt und mit dem zu strahlenden Abschnitt in die Bearbeitungskammer (15; 31) hineinragt.Device according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the cross-sectionally W-shaped or V-shaped processing chamber ( 15 ; 31 ) upwards from a cover ( 21 ) is limited, wherein the component with the portion to be radiated, the cover ( 21 ) penetrates and with the part to be irradiated in the processing chamber ( 15 ; 31 ) protrudes. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zum gleichzeitig beidseitigen Ultraschall-Kugelstrahlen von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen.Use of a device according to one or more the claims 1 to 13 for simultaneous double-sided ultrasonic shot peening of components, in particular of gas turbine components. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zum gleichzeitig beidseitigen Ultraschall-Kugelstrahlen von Gasturbinenschaufeln oder integral beschaufelten Gasturbinenrotoren vorzugsweise im Bereich dünnwandiger Abschnitte derselben.Use of a device according to one or more the claims 1 to 13 for simultaneous double-sided ultrasonic shot peening gas turbine blades or integrally bladed gas turbine rotors preferably in the area of thin-walled Sections of the same.
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